Durante la última década, las metasuperficies que despliegan nanoestructuras artificiales bidimensionales han surgido como una plataforma innovadora para manipular la luz en varios grados de libertad. Estas metasuperficies exhiben un potencial significativo en investigación científica fundamental y aplicaciones industriales.
En comparación con el control estático de los campos ópticos, el control dinámico del campo óptico introduce nuevas variables de control en el dominio del tiempo, lo que permite la conformación del haz en tiempo real, la modulación espacial de la luz, el procesamiento de información y más. Las metasuperficies activas, capaces de manipular la luz en dominios espaciales y temporales a altas velocidades, tienen el potencial de abrir nuevas fronteras en la tecnología fotónica, cerrando la brecha entre la física teórica y las aplicaciones prácticas.
La funcionalidad reconfigurable dinámica es clave. A pesar de explorar una variedad de materiales y técnicas para mejorar la sintonizabilidad de la metasuperficie, lograr frentes de onda sintonizables a velocidades muy altas sigue siendo un desafío formidable. Afortunadamente, la reciente aparición de la tecnología de niobato de litio sobre aislante (LNOI) proporciona una plataforma prometedora para metasuperficies sintonizables a velocidad ultraalta.
LNOI se destaca como un material versátil para circuitos integrados fotónicos (PIC), particularmente debido a su excepcional efecto electroóptico. Esta tecnología ha avanzado significativamente los PIC, posicionándolos como una plataforma líder para futuros dispositivos de modulación electroóptica de alta velocidad.
Recientemente, un grupo de investigación conjunto de la Universidad Normal del Este de China y la Universidad de Nanjing integró con éxito electrodos, metasuperficie y guía de ondas fotónicas LNOI, todo dentro de un dispositivo PIC. Como se informa en Fotónica avanzada , demuestran una metasuperficie que da forma a un frente de onda de velocidad ultra alta con la metasuperficie integrada impulsada por PIC.
Al aplicar diferentes señales eléctricas a los electrodos, el dispositivo muestra la capacidad de dar forma a cualquier frente de onda en estados de polarización arbitrarios reconfigurables. Los investigadores muestran la capacidad de ajuste a alta velocidad de varias funcionalidades, incluida la posición focal lateral y el control de la distancia focal, el momento angular orbital (OAM) y los haces de Bessel.
Mediante una combinación efectiva de la fase de propagación y la fase geométrica de nanoestructuras birrefringentes dentro de este esquema de guía de ondas, la sintonizabilidad de estas funcionalidades se puede controlar en polarizaciones ortogonales arbitrarias. Las mediciones experimentales demuestran el funcionamiento del sistema a velocidades de modulación de hasta 1,4 gigahercios.
Los autores destacan que el resultado actual de la modulación de alta velocidad es preliminar. El dispositivo tiene potencial para mejorar la velocidad de modulación a cientos de gigahercios optimizando el diseño de los electrodos, aprovechando el efecto electroóptico del niobato de litio.
El autor correspondiente, el profesor Lin Li, del Laboratorio Estatal Clave de Espectroscopía de Precisión de la Universidad Normal del Este de China, comenta:"La integración de metasuperficies de sublongitud de onda y guías de ondas ópticas ofrece un medio versátil y eficiente para manipular la luz en múltiples grados de libertad a alta velocidad en Dispositivos PIC compactos. Este avance allana el camino para posibles aplicaciones en comunicación óptica, computación, detección e imágenes".
Más información: Haozong Zhong et al, Conformación del frente de onda conmutable con velocidad de gigahercios mediante la integración de metasuperficies con circuito integrado fotónico, Fotónica avanzada (2024). DOI:10.1117/1.AP.6.1.016005
Información de la revista: Fotónica avanzada
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